第四章汽车常用材料

1第四章汽车常用材料第一节金属材料一、金属材料的主要性能1．强度强度指标有：弹性极限、屈服强度、抗拉强度强度分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度和抗扭强度等5种。一般以抗拉强度作为金属强度最基本的强度指标。2．塑性塑性是指金属材料在外力作用下，产生塑性变形而不破坏的能力。塑性指标也是通过抗伸试验测得。常用的塑性指标有延伸率和断面收缩率。3．硬度硬度是指材料表面抵抗局部塑性变形、压痕或划痕的能力。硬度测试应用最广的是压入法，即在一定载荷作用下，将比工件更硬的压头缓慢压入被测工件表面，使金属局部塑性变形而形成压痕，然后根据压痕面积大小或压痕深度来确定硬度值。硬度是金属材料的一个重要力学性能指标，由于硬度可以间接地反映金属材料的强度，加之与拉伸试验相比硬度试验简便易行，且属非破坏性试验，因此在实际生产中，对一般机械零件，大多通过测试硬度来检测力学性能，零件图中对材料力学2性能的要求往往标注硬度值。硬度的表示方法很多，生产中常用的是：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度。4．冲击韧性金属材料的强度、塑性、硬度等指标都是通过对被测材料施加静载荷的试验测定。实际生产中，许多机器零件和工具在工作时往往要受到突然作用的外力，即冲击载荷的作用。如车辆在启动、制动或改变速度时，车辆间的挂钩、发动机的连杆、曲轴和活塞销，变速器的齿轮、驱动桥的齿轮，传动轴等零件都要受到冲击，制动越猛，冲击力越大。冲击载荷的破坏能力要比静载荷的破坏能力大得多，因此对承受冲击载荷的零件，不仅需求有较高的强度和一定的硬度，还必须具有在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力，即冲击韧性。目前，在工程技术上，常用金属夏比冲击试验方法来测定金属材料的冲击韧性。5．疲劳强度许多汽车零件，如发动机曲轴、连杆、气门弹簧、变速器的齿轮和轴，在工作过程中往往受到大小或大小及方向随时间呈周期性变化的应力作用，此应力称为交变应力。金属材料在交变应力的作用下，虽然应力远小于材料的抗拉强度σb，甚至小于材料的屈服点σs，也会发生突然断裂，这种现象叫做金属的疲劳，这种断裂方式叫做疲劳断裂。金属的抗疲劳性能用疲劳强度（疲劳极限）指标衡量。所谓疲劳3强度是指金属材料在无数次交变应力作用下，而不发生破坏的最大应力，当交变应力循环对称时，疲劳强度用符号σ-1表示二、金属材料的热处理根据热处理的不同目的要求，其方法也不同，可分为退火、正火、淬火、回火、调质处理、表面热处理和时效处理等。三、金属材料的分类、牌号及用途金属材料分为黑色金属和有色金属两大类。黑色金属是以铁为基本元素的合金，如铸铁、钢等。有色金属是指黑色金属以外的金属，如铜、锡、铅、铝合金和轴承合金等。1．黑色金属（1）铸铁铸铁分为白口铸铁、灰口铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和合金铸铁等。（2）钢。钢是生铁冶炼而成的。钢和铁一样，也是铁碳合金，其区别是含碳量不同。钢的含碳量在2.11%以下。钢的分类方法较多，但主要分为碳素钢和合金钢两大类。2．有色金属有色金属具有许多特殊性能，如良好的导电性、导热性、比重小、摩擦系数小、质软和在空气、海水及酸碱介质中耐蚀，同时还有良好的可塑性和铸造性等。所以在汽车制造和维修中是不可缺少的材料（1）铝及铝合金（2）铜及铜合金。铜是指纯铜，铜合金是指黄铜和青铜等。4第二节非金属材料一、非金属材料分类及在汽车上的应用概述汽车工程材料包括金属材料和非金属材料。其中金属材料包括黑色金属和有色金属；非金属材料包括高分子材料、陶瓷材料、复合材料。高分子材料又分为工程塑料、合成纤维、橡胶、胶粘剂、涂料。工程塑料主要指强度、韧性和耐磨性较好的，具有价廉、耐蚀、降噪、美观、质轻等特点，可用于汽车保险杠、汽车内饰件、高档车用安全玻璃、仪表板等零部件。合成纤维是指单体聚合而成具有很高强度的高分子材料，如尼龙、聚酯等，用于汽车座垫、安全带、内饰件等。橡胶具有高的弹性和回弹性，一定的强度，优异的抗疲劳，良好的耐磨、绝缘、隔声、防水、缓冲、吸振等特点，用于制造汽车的轮胎、内胎、防振橡胶、软管、密封带、传动带等零部件。各种胶粘剂起到粘结、密封等作用。涂料对车身的防锈、美化及商品价值有不可忽视的作用。陶瓷材料分为陶瓷、玻璃，陶瓷用于制造火花塞、传感器等；玻璃用于制造汽车前后门窗、侧窗等。复合材料包括非金属基复合材料、金属基复合材料，用于汽车车顶导流板、风挡窗框等车身外装板件。二、塑料、橡胶在汽车上的应用1．一些基本概念应力和应变：当材料受到外力作用，而所处的条件使它不能产生5惯性移动时，它的几何形状和尺寸将发生变化，这种变化就称为应变。材料发生宏观的变形时，其内部分子间以及分子内各原于间的相对位置和距离就要发生变化，产生了原子间及分子之间的附加的内力，抵抗着外力，并力图恢复到变化前的状态，达到平衡时，附加内力与外力大小相等，方向相反。定义单位面积上的附加内力为应力，显然，其值与单位面积上所受的外力相等。弹性模量：对于理想的弹性固体，应力与应变关系服从虎克定律，即应力与应变成正比，比例常熟成为弹性模量。可见弹性模量是材料发生单位应变时的应力，它表征材料抵抗变形能力的大小，模量愈大，愈不容易变形，表示材料刚度愈大。拉伸强度：是在规定的试验温度、湿度和试验速度下，在标被试样上沿轴向施加拉伸裁荷，直到试样被拉断为止，断裂前试样承受的最大载荷P与试样的宽度b和厚度d的乘积的比值。σt=P/(bd)冲击强度：是衡量材料韧性的一种强度指标，表征材料抵抗冲击载荷破坏的能力。通常定义为试样受冲击载荷而折断时单位截面积所吸收的能量。σi＝W/(bd)硬度：是衡量材料表面抵抗机械压力的能力的一种指标。硬度的大小与材料的抗张强度和弹性模量有关，而硬度试验又不破坏材料、方法简便，所以有时可作为估计材料抗张强度的一种替代办法。硬度试验方法很多，加荷方式有动载法和静载法两类，前者用弹性回跳法和冲击力把钢球压入试样，后者则以一定形状的硬材料为压头，平稳6地逐渐加荷将压头压入试样，通称压入法，因压头的形状不同和计算方法差异又有布氏、洛氏和邵氏等名称。布氏硬度试验是以平稳的裁荷将直径D一定的硬钢球压入试样表面，保持一定时问使材料充分变形，并测量压入深度h，计算试样表面凹痕的表面积，以单位面积上承受的载荷(公斤／毫米2)为材料的布氏硬度。熔融指数：热塑性树脂和塑料在规定温度、恒定负荷下，熔体在一定时间内流过标淮出料模孔的重量。熔触指数可作为热塑性树脂质量控制和热塑性塑料成型加工工艺条件的参数。熔融指数RZ按下式计算：RZ＝600W/t(g/10min)式中W—切取样条重量的算术平均值(g)，t—切取样条时间间隔(s)。2．主要热塑性塑料的性能与应用常用工程塑料包括热塑性工程塑料（PE、PP、PVC、ABS、PS、PA、POM、PC等）、热固性工程塑料（酚醛树脂PF、氨基树脂UF、环氧树脂EP等）。主要热塑性塑料的性能与应用材料名称特征应用情况优点缺点聚丙烯塑料（PP）1．刚硬有韧性。抗弯强度高，抗疲劳、抗应力开裂2．质轻3．在高温下仍保持其力学性能1．在00C以下易变脆2．耐候性差主要用于通风采暖系，发动机的某些配件以及外装件，汽车转向盘，仪表板，前、后保险杠，加速踏板，蓄电池壳，空气过滤器，冷却风扇，风扇护罩，散热器隔栅，转向机套管，分电器盖，灯壳，电线覆皮等。聚氨酯（PU）耐化学性好、拉伸强度和撕裂强度高、压缩变形小、回弹性好由于添加增塑剂之类非反应性助剂，产品经过一定的使用时间之后，随着助剂的挥发，用于制造汽车座垫、仪表板、扶手、头枕等缓冲材料，保险杠、挡泥板、前端部、发动机罩等大型部件。7其性能有所变化聚氯乙烯塑料（PVC）耐化学性，难燃自熄，耐磨，消声减震，强度较高，价廉热稳定性差，变形后不能完全复原，低温下变硬用于汽车座垫、车门内板及其他装饰覆盖件上。聚乙烯（PE）1、密度小2、耐酸碱及有机溶剂3、介电性能很好4、成本低，成型加工方便1、胶结和印刷困难2、自熄性差用于制造汽车油箱、挡泥板、转向盘、各种液体储罐、车厢内饰件以及衬板等。ABS树脂（ABS）1、力学性能和热性能均好，硬度高，表面易镀金属2、耐疲劳和抗应力开裂、冲击强度高3、耐酸碱等化学腐蚀4、价格较低5、加工成型、修饰容易1、耐候性差2、耐热性不够理想散热器护栅、驾驶室仪表盘、控制箱、装饰类、灯壳、嵌条类。丙烯酸树脂（PMMA）光学性极好，耐候性好，能耐紫外线和耐日光老化比无机玻璃易划伤，不耐有机溶剂灯玻璃类。聚酰胺（PA）高强度和良好的冲击强度；耐蠕变性好和疲劳强度高；耐石油、润滑油和许多化学溶剂与试剂；耐磨性好吸水性大，在干燥环境下冲击强度降低用于制造燃烧油过滤器、空气过滤器、机油过滤器、水泵壳、水泵叶轮、风扇、制动液罐、动力转向液罐、白叶窗等。聚甲醛（POM）抗拉强度较一般尼龙高，耐疲劳，耐蠕变；尺寸稳定性好；吸水性比尼龙小；介电性好；可在1200C正常使用；摩擦系数小；弹性极好没有自熄性；成型收缩率大各种阀门（排水阀门、空调器阀门等）、各种叶轮（水泵叶轮、暖风器叶轮、油泵轮等）、各种电器开关及电器仪表上的小齿轮、各种手柄及门销等。聚碳酸酯（PC）抗冲击强度高，抗蠕变性能好；耐热性好，脆化温度低，能抵制日光、雨淋和气温变化的影响；化学性能好，透明度高；介电性能好；尺寸稳定性好耐溶剂性差；有应力开裂现象；疲劳强度差保险杠、刻度板、加热器底板等。3．橡胶应用简介常用橡胶包括天然橡胶、合成橡胶（SBR、BR、CR、IR、IIR、NBR、ERM、EPRM、8ACM、AUEU等）。轮胎：载重汽车的生胶以天然橡胶为主，轿车轮胎则以合成橡胶为主。车用胶管包括水、气、燃油、润滑油、液压油等的输送管通常采用丁腈橡胶、氯丁橡胶等材料制造。车用胶带多用氯丁橡胶制造。车用橡胶密封件多用丙烯酸酯橡胶、硅橡胶等材料制造。门窗玻璃密封件多采用乙丙橡胶制造。关于前、后保险杠在轿车上保险杠主要分为前保险杠和后保险杠，属于安全件。在车辆碰撞时起到吸收碰撞能量，降低对人体的伤害程度的作用。在保险杠的性能试验方面，最主要的是耐侯性能试验、缺口冲击强度试验，落球试验，整车以9公里时速撞击时，保险杠能恢复原状，抗碎石冲击性能等。保险杠材料的选择是实现其功能的首要条件。一般采用PP+EPDM(PE)的材料，使保险杠具有一定的弹性，可以吸收部分碰撞能量。前、后保险杠的材料选用PP+PE，其中PE使保险杠具有一定的弹性，保险杠结构分为内外两层，本体＋缓冲器，缓冲器用热板焊接到本体上。缓冲器采用蜂窝状结构，使保险杠的缓冲性能发挥到极限。910第三节油料一、汽油汽油是无色液体，具特殊臭味。易挥发。易燃。主要成分为C4～C12脂肪烃和环烃类，并含少量芳香烃和硫化物。汽油是石油产品中消耗量最大的品种。汽油的沸点范围（又称馏程）为30~205C，密度为0.70~0.78克/厘米。汽油的热值约为44000kJ/kg。燃料的热值是指1kg燃料完全燃烧后所产生的热量。汽油由石油分馏或重质馏分裂化制得。原油蒸馏、催化裂化、热裂化、加氢裂化、催化重整等过程都产生汽油组分。但从原油蒸馏装置直接生产的直馏汽油，不单独作为发动机燃料，而是将其精制、调配，有时还加入添加剂（如抗爆剂四乙基铅）以制得商品汽油根据制造过程可分为直馏汽油、热裂化汽油、催化裂化汽油、重整汽油、焦化汽油、叠合汽油、加氢裂化汽油、裂解汽油和烷基化汽油、合成汽油等。根据用途可分为航空汽油、车用汽油、溶剂汽油等三大类。主要用作汽油机的燃料。1、汽油的使用性能蒸发性、抗爆性、稳定性、腐蚀性、机械杂质和水分11蒸发性指汽油在汽化器中蒸发的难易程度。对发动机的起动、暖机、加速、气阻、燃料耗量等有重要影响。汽油的蒸发性由馏程、蒸气压、气液比3个指标综合评定。馏程指汽油馏分从初馏点到终馏点的温度范围。航空汽油的馏程范围要比车用汽油的馏程范围窄。蒸气压指在标准仪器中测定的38℃蒸气压，是反映汽油在燃料系统中产生气阻的倾向和发动机起机难易的指标。车用汽油要求有较高的蒸气压，航空汽油要求的蒸气压比车用汽油低。气液比指在标准仪器中，液体燃料在规定温度和大气压下，蒸气体积与液体体积之比。气液比是温度的函数，用它评定、预测汽油气阻倾向，比